Связывание наночастиц с белками
Учёные продемонстрировали возможность стратегического присоединения золотых наночастиц (размером порядка миллиардных долей метра) к белкам для формирования листов белково-золотых массивов.
Наночастицы и методы создания наночастично-белковых комплексов можно использовать для расшифровки структуры белков, идентификации их функциональных частей и «склеивания» новых белковых комплексов. Исследователи видят потенциальные применения в катализаторах для преобразования биомассы в энергию и точных «транспортных средствах» для целевой доставки лекарств.
Исследование проводилось в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США и будет опубликовано 2 июля 2007 года в журнале Angewandte Chemie.
В области преобразования энергии учёные искали эффективные способы конвертации органического топлива, такого как этанол, в электричество с помощью каталитических электродов. Создание однослойных плотноупакованных ферментов — функциональной части таких электродов — было сложной задачей. Новое исследование показывает, что точно сконструированные золотые наночастицы можно использовать для «склеивания» ферментов в ориентированные и упорядоченные монослои, которые достаточно механически стабильны для переноса на твёрдую поверхность, например, электрод.
Для этого исследования учёные присоединили золотые наночастицы к ферментному комплексу, который помогает выживать лекарственно-устойчивым бактериям туберкулёза. Исследователи предполагают, что золотые наночастицы также можно настроить для инактивации этого комплекса, что может стать направлением будущих исследований.
В другой части исследования использовались белки с поверхности аденовируса. Предыдущие работы показали, что модифицированные формы аденовируса могут служить средствами доставки лекарств к специфическим клеткам-мишеням, например, в опухолях. Для усиления связывания с клетками-мишенями группа присоединила множественные вирусные белки к золотым наночастицам. Такие конструкции должны обладать повышенной аффинностью связывания, а их больший размер — увеличивать время циркуляции в крови для улучшения доставки лекарств.
Также исследование показало, что золотые наночастицы могут улучшить способность учёных расшифровывать структуры и функционально важные области белковых молекул. С добавленными наночастицами отношение «сигнал-шум» и разрешение метода крио-электронной микроскопии значительно возросли. Этот метод может позволить анализировать небольшие биологические макромолекулы и комплексы, которые в настоящее время трудно поддаются анализу с помощью крио-ЭМ или рентгеновской кристаллографии.
Основной сложностью в работе был синтез наночастиц контролируемого размера, покрытых органическими молекулами, спроектированными для реакции со специфическими участками белков. Процесс включал:
- Проектирование специфических взаимодействий путём покрытия наночастиц функциональными органическими молекулами с использованием биосовместимого линкера.
- Добавление к белковой молекуле генетически сконструированной последовательности пептидов («тега») в качестве сайта связывания для наночастиц.
- Инкубацию наночастиц с белковым раствором для связывания, перенос раствора на сетку для просвечивающей электронной микроскопии и анализ комплексов с помощью современных электронных микроскопов.